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XIV CBE - MESA 2 - Mario Veiga - 23 outubro 2012
 

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    XIV CBE - MESA 2 - Mario Veiga - 23 outubro 2012 XIV CBE - MESA 2 - Mario Veiga - 23 outubro 2012 Presentation Transcript

    • ENFRENTANDO A TEMPESTADE PERFEITAUsinas a Fio d’Água, Renováveis e Mudanças Climáticas Mario Veiga Rafael Kelman Tarcisio Castro psr@psr-inc.com XIV CBE Rio, 23 de outubro de 2012 1
    • Brasil: histórico de energia renovávelMarmelos-MG (1889) Parnaíba-SP (1901)Fontes-RJ (1904)  24 MW 2
    • Brasil: situação hidrelétrica atual► Capacidade instalada: 120.000 MW► Hidro: 75% da capacidade, 85% da produção de energia  Usinas em diversas bacias e com grandes reservatórios  Usinas em “cascata” com diferentes proprietários Owner:Source: ONS 3
    • Futuro: portfólio de energia renovável Um portfólio de hidrelétricas, eólicas e biomassa permite combinar economia de escala e flexibilidade►Projetos de menor porte  Diversifica os riscos de construção e outros►Espectro de investidores  Capital local  Fundos de investimento estrangeiros►Menor tempo de construção  Contrabalança a incerteza no crescimento da demanda 4
    • Capacidade instalada de bioeletricidade 5,500 5,000 4,500 4,000 3,500 W M n d p C a c s t ) ( I l i 3,000 2,500 2,000 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Source: PSR 5
    • Eólicas: a boa surpresa nos leilões 350 300 298 250 200Pecri 150 164 131 144 100 W M 100 100 R u h 1 0 2 $ e a g v s / t ) ( , l 50 0 Proinfa LER 2009 LER 2010 LFA 2010 LER 2011 A-3 2011 6
    • Complementaridade regional Norte: Nordeste: Hidreletricidade Energia eólica Sul: SE/CO: Energia eólica Bioeletricidade 7
    • Sinergia hidrelétrica, biomassa e eólica Os reservatórios das hidrelétricas e a Os reservatórios das hidrelétricas e a rede de transmissão são usados para rede de transmissão são usados para modular a produção de energia da modular a produção de energia da biomassa e eólica (não é necessário biomassa e eólica (não é necessário backup como em outros países) backup como em outros países) A biomassa e eólica “devolvem A biomassa e eólica “devolvem o favor” gerando mais no o favor” gerando mais no período seco das hidrelétricas período seco das hidrelétricas (reservatório virtual) (reservatório virtual) 8
    • Desafios1. A questão dos reservatórios2. Efeito das mudanças climáticas nas afluências3. Usos múltiplos4. Licenciamento ambiental5. Percepções equivocadas 9
    • Desafios1. A questão dos reservatórios2. Efeito das mudanças climáticas nas afluências3. Usos múltiplos4. Licenciamento ambiental5. Percepções equivocadas 10
    • Por que as renováveis são competitivas no Brasil?► No resto do mundo, as renováveis requerem subsídios  120 bilhões de Euros na Alemanha► Razão: flutuações da produção de energia  Na Alemanha, é necessário ter 30.000 MW (!) de usinas térmicas de “backup” para compensar a variação do vento Por que o Brasil é diferente? 11
    • Resposta: reservatórios + transmissão► Os reservatórios das hidrelétricas compensam as flutuações na produção das eólicas e a sazonalidade da biomassa  Requer uma rede de transmissão robusta, que já foi construída para as hidrelétricas Os “armazéns de energia” das hidrelétricas são essenciais para a viabilidade econômica das renováveis 12
    • A proibição dos reservatórios 0.60Área Inundada/Potência Instalada (km2/MW) 0.51 0.50 A relação área/potência média das novas A relação área/potência média das novas 0.40 usinas é 0,06 km2/MW, enquanto a média usinas é 0,06 km2/MW, enquanto a média do Brasil em 2007 era 0,51 km2/MW do Brasil em 2007 era 0,51 km2/MW 0.30 0.20 0.10 0.10 0.10 0.09 0.09 0.08 0.08 0.08 0.10 0.06 0.05 0.06 0.04 0.04 0.04 0.04 0.02 0.01 0.01 0.00 0.00 au Sa osé on ão de a i io str te lão te s Ch o o m has Sim es Be ulho I An ó rd s c a io ar Ba ) 14 cad M n el o Da ovo (m ) co ar ia h nt pec m plíc 7 Ca on o Jir n v gu z d olin Pi éd S.J s i n 200 Cl Al S.J n to an Pi M J re sN a lt o a o Br j lo s U em on po as o as o M ( pi M No tes Sa Ca Ca Fo en va ist Ex as in Us 13
    • As mega usinas a fio d’água► Os três maiores novos projetos hidrelétricos do país – Santo Antônio e Jirau, no Rio Madeira, e Belo Monte, no Xingu, totalizando 18 mil MW de capacidade, são usinas “a fio d’água”► Isto não resultou de uma otimização econômica dos projetos, e sim de restrições socio-ambientais► A variabilidade das afluências a estas usinas é muito maior do que a das usinas atuais 14
    • Média da energia afluente mensal - Sudeste 40000 35000 A energia afluente no mês mais “molhado” A energia afluente no mês mais “molhado” éé3,5 vezes maior do que aado mês mais 3,5 vezes maior do que do mês mais 30000 “seco” “seco” 25000GWh 20000 15000 10000 5000 0 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 15
    • EAF média mensal – usinas do rio Madeira 8000 7000 A energia afluente no mês mais “molhado” A energia afluente no mês mais “molhado” éé7,5 vezes maior do que aado mês mais 7,5 vezes maior do que do mês mais 6000 “seco” “seco” 5000GWh 4000 3000 2000 1000 0 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 16
    • EAF média mensal – Belo Monte 14000 12000 A energia afluente no mês mais “molhado” A energia afluente no mês mais “molhado” 10000 éé25 vezes maior do que aado mês mais 25 vezes maior do que do mês mais “seco” (!) “seco” (!) 8000GWh 6000 4000 2000 0 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 17
    • Hidrelétricas e mudança climática 100 Vazão média futura como % da atual 95 88 80 83 80 69 73 68 60 40 20 0 18
    • Como gerenciar a volatilidade das afluências e dasrenováveis sem reservatórios?► Com mais geração termelétrica  Compensa a falta de transferência de energia dos períodos úmidos para os secos► Isto resulta em maiores níveis de emissão  Nível de emissão em 2010: 22 tCO2/GWh de consumo  Nível de emissão em 2020: 72 tCO2/GWh de consumo A perda de 10 pontos percentuais na capacidade de A perda de 10 pontos percentuais na capacidade de regularização nos próximos dez anos levará a um aumento regularização nos próximos dez anos levará a um aumento de 230% na emissão unitária de CO2 de 230% na emissão unitária de CO 2 19
    • A biomassa e eólica podem substituir as térmicas?► Como visto, as usinas a biomassa e as eólicas da região Nordeste produzem mais energia nos períodos secos► Portanto, elas compensam em parte a transferência de energia dos reservatórios► No entanto, tanto a biomassa como as eólicas não são despacháveis  Esta função era exercida pelos reservatórios, e com a redução dos mesmos, terá que ser exercida pelas termelétricas 20
    • O dilema do planejamento► Os estudos atuais de inventário eliminam a priori usinas com reservatórios⇒ Não há qualquer análise de tradeoff energia x impacto ambiental É como se os custos ambientais fossem infinitos, isto é, nem podemos saber o que estamos ganhando ou perdendo► Seria possível avaliar objetivamente estes tradeoffs? 21
    • Avaliação dos tradeoffs energia x socioambientais1. Pré-processamento2. Otimização da divisão de quedas3. Resultados 22
    • Pré-processamento• Sistema de Informações Geográficas (GIS)  Modelo 3D do terreno  Inferência da rede de drenagem e identificação do rio  Definição dos locais candidatos  Curvas cota x área x volume para cada local  Simulação da áreas inundadas para diferentes quedas• Regionalização das séries de vazões para os locais candidatos• Aplicação do manual de inventário para dimensionamento das estruturas e cálculo automático de orçamentos 23
    • Modelos Digitais de Elevação (MDE)► Representação 3D de uma superfície  O modelo digital é representado internamente por uma matriz regular de células  Cada célula contêm a altitude associado a uma determinada coordenada► MDEs disponíveis publicamente  ASTER GDEM – Global Digital Elevation Model • Fonte: NASA • Resolução espacial(*): 30 metros  SRTM • Fonte: NASA • Resolução espacial: 30 metros(*) Dimensão de cada célula da matriz do modelo.
    • MDE – Visão 3D 25
    • Inferência da rede de drenagem em resumo► Funções de geoprocessamento aplicadas ao modelo digital de elevação para inferir a rede de drenagem Funções GEO Modelo Digital de Elevação Rede de drenagem 26
    • Identificação do rio e definição dos locais candidatos► Exemplo Rio Ivaí, Paraná. 27
    • Locais candidatos► Seções transversais e definição das barragens em cada local: Barragem 28
    • Locais candidatos► Alternativas de barragens em cada local: ► Local: 22 ► Queda Bruta: 10 metros ► Reservatório:  Área : 20,4 km2  Volume: 75,4 Hm3 29
    • Locais candidatos► Alternativas de barragens em cada local: ► Local: 22 ► Queda Bruta: 20 metros ► Reservatório:  Área : 58,8 km2  Volume: 447,9 Hm3 30
    • Perfil longitudinal e curva cota × área do reservatório 31
    • Definição e orçamento dos candidatos 1. Para cada local e altura de queda a simula-se a construção de usina com arranjo pré-definido. 2. Análise da potência a ser instalada 3. O Manual de Inventário é utilizado para dimensionar as estruturas 4. Um orçamento é feito para este projeto (SISORH) O procedimento é repetido para cada local, alternativa de queda e arranjo de engenharia. 32
    • Avaliação dos tradeoffs energia x socioambientais1. Pré-processamento2. Otimização da divisão de quedas3. Resultados 33
    • Problema de otimização► Maximização do PIB hidroelétrico da bacia hidrográfica  Análise benefício x custo onde o benefício é a valoração da energia firme do conjunto de usinas por preço exógeno e custo inclui obras civis, equipamentos, custos sócio ambientais, etc.  As variáveis de decisão incluem decisões de investimento (projetos a construir) e decisões operativas (volumes armazenados, vertimentos,. produção mensal, etc.)  Restrições socioambientais, interferência entre projetos, etc. Abordagem: formulação como grande problema de otimização não linear inteira 34
    • Estudo de caso: Rio Ivaí (Paraná)► Solução:7 usinas (690 MW de potencia) NA Max NA Médio do Capacidade Queda Local (#) Operativo Canal de Fuga Instalada Bruta (m) (m) (m) (MW) 18 301 285 16 103 23 326 301 25 138 34 356 337 19 76 40 381 356 25 89 48 405 381 24 83 55 463 405 58 153 76 502 471 31 48 35
    • Divisão de quedas (plano) 36
    • MUITO OBRIGADOwww.psr-inc.compsr@psr-inc.com+55 21 3906-2100+55 21 3906-2121